NovAtel 的 ARTK 性能对比测试白皮书

NovAtel的ARTK性能对比测试白皮书

介绍

GNSS定位技术正在被越来越多的测量用户所采用，而测量用户倾向于利用高精度的RTK定位功能使得生产效率最大化。测量用户使用RTK功能时关注以下三个方面性能：

∙RTK解算精度‐‐可靠的厘米级精度对于测量领域来说是必要的

∙RTK解算可靠性‐‐对于测量领域工作RTK固定解是可靠的

∙RTK初始化时间‐‐更快进入RTK固定解可以节约测量人员的时间

本文介绍了在多种典型测量应用环境下，对多家GNSS厂商的接收机进行的一系列

GPS+GLONASS的性能测试。由于测量用户厘米级精度的要求，所以下面报告中仅展示了RTK固定解的解算结果。

测试配置和方法

我们对此RTK测试方法进行精心的设计，尽可能确保测试的公平性：

∙所有的接收机接收同样的RTK差分数据

∙所有的接收机采用同一GNSS天线，并且多次测量过程中天线架设在相同位置

∙每台接收机的GNSS天线信号增益都经过校准

∙GNSS天线信号均在同一精确时刻连接或断开

RTK差分数据通过GPRS/NTRIP发送给移动站接收机，这种方式可进行长基线RTK测试。测试系统搭建如下图所示：

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此RTK测试是模拟测量用户在野外作业环境的操作。由于测量用户在穿越桥梁、建筑物周围和其他遮挡物的时候经常会遇到GNSS信号丢失的情况。因此，在此RTK测试中设计了每隔一定时间强制GNSS信号丢失——90到695秒时间内保持GNSS信号连接和5到25秒GNSS天线断开。这样就使得每台接收机都能进入固定的RTK解算模式，并在限定的时间内采集数据，直到固定解丢失，这正是测量用户作业时的一种典型工况。

中等基线—开阔环境

我们选择了14KM基线作为中等基线测试。基准站和移动站接收机天线都架设在楼顶，多路径影响很小，是一个比较理想的测试环境。开阔环境下中等基线测试结果见下文。

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注意： 由于设备原因，对手B 的接收机未被包含在此项测试中

如图显示，NovAtel 产品的RTK 定位精度最高，并且RTK 初始化的成功率是100%。然而，厂家A 的接收机最快进入固定解，并且得到了最多的固定解算历元。厂家C 和D 的接收机性能无法和NovAtel 和厂家A 的性能相比。特别值得注意的是测量用户在实际中很少达到这样理想的GNSS 工作环境。车辆、建筑物、树木和其他遮挡物除了影响GNSS 信号，而且还限制了可视卫星的数量，并把多径误差引入RTK 的解算中，下文更多展示了实际测量环境中的测试。

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中等基线­强的多路径环境下测试

基准站和移动站均架设在同样的高多路径效应的环境下（基线长为14公里）。另外，在移动站GNSS 天线旁还架设了多个遮挡来模仿信号反射和GNSS 信号遮挡。

多路径效应是RTK 解算中最难评估和剔除的，甚至可能导致接收机很难进入RTK 固定解算。如果多路径效应无法准确处理RTK 初始化可能导致错误的固定解。测量结果如下：

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如图所示，NovAtel 产品RTK 定位精度最高，并且没有出现错误的RTK 固定解。NovAtel 产品进入固定解的RTK 平均初始化时间是最短的。在高多路径效应影响的测试环境时，厂家A 的接收机在固定RTK 解算时出现异常，并且平均初始化时间为110秒，比NovAtel 产品的24秒高出很多。厂家B 、C 和D 在RTK 精度、可靠性和平均初始化时间都明显比NovAtel 与厂家A 要差很多。

长基线—高电离层环境测试

随着地理位置和日光活跃程度不同，在电离层中导致不同的电荷浓度。对于测量用户来说，如果距离RTK 基准站较远，则GNSS 信号达到基准站和移动站经过不同的大气层。因此，每个卫星信号穿过的电离层粒子浓度不一样受到的影响也不一样，这样就会导致RTK 精度下降。电磁风暴也许从9点持续到18点。接下来的测试中我们选择开阔环境下28公里基线进行测试，并且在电磁风暴期间。测试持续22小时，结果如下。

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如图所示，厂家B 比NovAtel 精度略高，但NovAtel 得到了更多的RTK 固定解。厂家A 的 RTK 固定解成功率最高，并且得到了数量最多的RTK 固定解算，但精度比NovAtel 的接收机略低，而且有时产生错误的固定解。厂家C 和D 固定解的可靠性低且产生错误结果。

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短基线—遮挡环境测试

在树林环境中测量GNSS 信号遮挡、削弱或信号反射。和高多路径效应环境类似，这样的环境将降低卫星信号可靠性、削弱信号及信号中夹杂了很高的多路径效应偏差。这使得用户在树林环境中很难得到RTK 固定解。在树林环境中如果不能准确的进行RTK 定位可能导致错误的固定解。短基线遮挡环境下测试是3公里基线。

如图所示，所有的接收机都很难达到固定解。尽管如此，NovAtel 得到了最多的RTK 固定解算。

厂家A 和B 的固定解比NovAtel 少了20%，厂家C 和D 仅得到很少的固定解。NovAtel 和厂家A 在RTK 性能方面极为相似，并且都提供了100%准确的固定解，厂家C 和D 精度低且固定解不准确。

结论

本文在排除影响RKT性能的偏差因素条件下进行了有效的RTK性能测试，包括RTK精度、可靠性和初始化时间。测试方法是模拟典型测量用户作业环境，强制RTK频繁进行初始化，来评定每个厂家接收机对于测量用户的适宜性。测试被设定在多种环境下，来反映每个厂家在实际测量作业环境下的接收机性能。

中等基线开阔环境下测试表明，NovAtel和厂家A的接收机得到了近似的RTK高精度和高可靠性，但厂家C和D的接收机得到了较低的精度并且频繁出现错误解。模拟实际的高多路径环境下进行同样的测试表明，NovAtel的接收机性能和在开阔环境下性能近似，能够保持高精度和大量的可靠解算。但是多路径效应导致厂家A、B、C、D的接收机解算可靠性方面出现很大程度的下降，而且频繁出现错误的RTK固定解。高电离层长基线测试表明，厂家B的接收机和NovAtel的接收机拥有相近的高精度，但NovAtel得到了更多的RTK固定解算。厂家A的接收机的RTK固定解算最多，但精度比NovAtel和厂家B的精度低而且偶然出现错误解。短基线（3公里）遮挡环境下测试表明，NovAtel接收机得到了最多的RTK固定解，并且拥有和厂家A相当的高精度。其他厂家的仅得到有限的解算、精度低，而且偶然出现错误的固定解算。

有效的RTK性能测试表明，NovAtel的ARTK技术为实际GNSS测量作业环境提供了一贯的高精度和可靠的RTK定位性能，使测量用户最大化的提高生产效率。

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